[发明专利]一种金属管道试压装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种石油、天然气行业金属管道的试压装置，尤其是内部伴有相变发生的金属管道试压装置。

背景技术

二氧化碳驱油已成为石油、天然气行业一项日趋成熟的技术，把二氧化碳注入油层中可显著提高采收率，而注入的二氧化碳多为高压液态或者气液混合的形式，其注入泵的出口压力可高达三十几个兆帕(MPa)。由于外界温度的变化，注入管道内的二氧化碳随时可能发生相变，若二氧化碳进入超临界状态则其压力会进一步升高，一旦金属管道不能承受内部二氧化碳相变所产生的巨大压力，则可能发生爆管事故，导致大量液态或者超临界二氧化碳外泄，以致酿成重大灾害事故，这就对输送和注入二氧化碳的金属管道在强度方面提出了较为严格的要求。

目前，金属管道的试压试验多为水压试验，虽然水压试验能够达到几十个兆帕的压力，但其无法模拟相变发生所带来的瞬间高压，也无法测试超临界流体对金属管道在塑性形变方面的影响，这给输送和注入二氧化碳金属管道规格的制定带来了麻烦。当金属管道在输送液态二氧化碳时，以下几个阶段均能导致爆管事故或塑性形变发生，一是输送的液态二氧化碳压力过高，二是由于环境温度变化导致高压液态二氧化碳发生相变，三是二氧化碳进入超临界状态后压力过高。仅仅通过水压试验无法模拟金属管道在以上几个阶段承受内压的程度，而实际上二氧化碳输送过程确实存在相态变化甚至超临界状态的可能，因此需要更近似实际过程的模拟装置才能满足测试金属管道承受内部压力程度的要求。

发明内容

为了解决现有金属管道试压装置不能测试物质相变及超临界流体对金属管道在塑性形变方面的影响，本发明专利提供一种金属管道试压装置，该装置不仅能够模拟金属管道内物质发生相变时带来的瞬间高压，而且能够测试超临界流体对金属管道在塑性形变方面的影响。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明的一种金属管道试压装置，包括：CO₂储气瓶、净化器、冷箱、制冷机、储罐、循环泵、高压泵、防爆罩、加热电阻、恒温箱、阀门、放空阀、精密压力表、温度控制面板、高压变频器、电极点压力表。

CO₂储气瓶、净化器、储罐的输入端依次通过管路连接，在净化器与储罐之间设置有精密压力表，储罐的输出端与试压管件管路连接，在储罐与试压管件之间设置高压泵，且高压泵通过高压变频器来控制其工作频率；储罐放置在冷箱内，冷箱与制冷机相连；试压管件置于防爆罩内，防爆罩为圆柱形钢结构，用以阻拦发生爆管情况后金属管件向外飞溅，防爆罩侧壁开有泄爆孔，用来释放爆管所产生的冲击波能量；防爆罩位于恒温箱内，恒温箱为带海绵夹层的钢板作为外层防护，能够直接阻止金属管件内发生气体爆炸对周围环境的损伤，恒温箱侧壁开有泄爆，恒温箱内部设有加热电阻；在高压泵与试压管件之间设置有电极点压力表；在冷箱和试压管件各连接有一个温度控制面板，用于监测该处的温度；在CO₂储气瓶与净化器之间、净化器与储罐之间、储罐与高压泵之间、电极点压力表与试压管件之间分别设置阀门；储罐、净化器与储罐之间、储罐与高压泵之间、高压泵、试压管件分别连接放空阀；冷箱通过循环管路和循环泵组成冷循环系统，冷循环系统的管路对高压泵的泵头进行冷却，保证高压泵的正常工作。

工作过程

通过CO₂储气瓶向储罐内输入5～7MPa压力的二氧化碳气体，通过制冷机对冷箱内的制冷剂制冷，高压变频器通过控制高压泵电机的工作频率来决定制冷速率，从而使储罐内的气体二氧化碳冷却至液态，然后打开阀门将液态二氧化碳注入到试压金属管件中，通过高压泵对其加压，当压力值达到电极点压力表的预设值30～50时，高压泵停止工作，然后通过恒温箱内的加热电阻对装有高压液态二氧化碳的金属管件加热至管内二氧化碳为超临界状态，最后对金属管件加热，以测试不同压力不同温度下超临界流体对金属管道在塑性形变方面的影响。

本发明的有益效果表现在：

1.本发明采用二氧化碳作为试压流体介质，有利于测试金属管道在其内部有物质发生相变情况下的承压能力。由于CO₂易液化且其超临界温度接近常温，这便于其发生气液两相之间的相态变化，而且CO₂进入超临界状态的条件相对容易达到，因此将CO₂作为试压流体介质能够测试物质相变及超临界流体对金属管道在塑性形变方面的影响。

2.本发明所述加热系统中恒温箱采用了防爆式设计，能够有效阻止金属管件内发生气体爆炸产生的冲击波对周围环境的损伤，满足金属管件试压过程中发生爆管情况后的防爆要求，安全性好。